DNA fluorescente come metal detector per analisi delle acque

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DNA, Close-up Engineering, Credits: mashable.com
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I ricercatori della Stanford University negli Stati Uniti hanno messo a punto un sistema a basso costo basato sul DNA in grado di rilevare e identificare un numero senza precedenti di metalli in acqua. La squadra di Eric Kool, professore alla Stanford University, ha usato serie di brevi catene di sensori collegati a sferette di  polietilenglicole e polistirene in grado di discriminare tra 57 metalli diversi, tra cui alcali, metalli di transizione e lantanidi.

Scambiando basi del DNA convenzionali con gruppi la cui fluorescenza cambia in presenza di metalli, il sistema chimico può utilizzare i colori che ne scaturiscono come “impronta digitale” caratteristica di ogni metallo.

UN SINGOLO ESPERIMENTO -RACCONTA AL MONDO DELLA CHIMICA ERIC KOOL- RICHIEDE UNA QUANTITÀ ESTREMAMENTE PICCOLA DI MATERIALE: CIRCA UNA PICOMOLE DI QUALSIASI CHEMOSENSORE. IN QUESTO MODO IL DISPOSITIVO È ESTREMAMENTE ECONOMICO.

In precedenza, il team di Kool sfruttò  ‘oligodeoxyfluorosides’ simil-DNA per la produzione di sensori per la rilevazione di gas tossici e cibi deteriorati.
Ora hanno prodotto catene ‘oligodeossifluorose’ da nove blocchi: due basi fluorescenti semplici, tre spaziatori, più quattro fluorescenti che si legano a ioni metallici. Variando la scelta del blocco e la posizione, i chimici hanno creato una biblioteca di 6561 catene a quattro basi o tetrameri, 174 delle quali fluorescono fortemente quando le loro sfere vengono lasciate in 36 soluzioni saline di metallo.

DNA fluorescente per metalli in acqua - Close-up Engineering, Credits: rsc.org
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I ricercatori di Stanford hanno raccolto nove di questi tetrameri caratterizzati dal più ampio spettro di riconoscimento dei metalli e con colori facilmente distinguibili l’uno dall’altro. Hanno poi ‘scansionato’ 57 diversi metalli guardando quello che accadeva attraverso un microscopio a epifluorescenza.

ABBIAMO FOTOGRAFATO LE SFERETTE PRIMA E L’ESPOSIZIONE AD UN CAMPIONE DI METALLO – SPIEGA KOOL-. E POI QUANTIFICATO I CAMBIAMENTI CON SOFTWARE DI IMAGING E QUINDI UTILIZZATO L’ANALISI STATISTICA PER CONFRONTARE MODELLI DI RISPOSTE.

Il sistema potrebbe discriminare tutti i 57 tipi di metallo, di cui 50 in concentrazioni inferiori 100μM. Per cercare di semplificare ancora maggiormente il sistema, il team di ricercatori ha eseguito test su 50 soluzioni diverse con lo scopo di differenziare lo zirconio e l’indio.

QUESTO STUDIO È UN TOUR DE FORCE SUL POTERE DI SISTEMI COMPLESSI PER FORNIRE LA SELETTIVITÀ NECESSARIA PER I SENSORI DI ‘NASI ARTIFICIAALI’ CHIMICI BASATI SU ARRAY’, DICE VINCENT ROTELLO DELLA UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS, AMHERST, STATI UNITI. ‘IL CAMPO DI APPLICAZIONE DELLO STUDIO È IMPORTANTE, PERCHÉ DIMOSTRA QUANTE DIFFERENTI ANALISI POTREBBERO ESSERE DIFFERENZIATE.

Tuttavia, poiché il team di Stanford ha esaminato un solo ione metallico per ogni esperimento, la quantificazione reale o identificazione di miscele di ioni non sarà facile. Eppure, pur non avendo ancora coperto l’intera gamma di elementi, Kool sottolinea che il suo gruppo ha già utilizzato questo approccio per rilevare e quantificare la contaminazione da otto diversi metalli tossici in campioni d’acqua naturali complessi.

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